1、航空发动机预测与健康管理关键技术研究中航工业西安航空计算技术研究所 中航工业计算所汇报人：牛 伟2015年 4月18日中航工业计算所中航工业计算所为什么需要大数据？实现智能生产 降低工业和资源的配置成本，使得生产过程更加高效；实现规模定制 提升产品的针对性，极大地减少库存，优化供应链。中航工业计算所大数据是什么？全属性全生命周期全价值链 大数据是基于产品全属性的、全生命周期的数据资源集合。大数据为全价值链提供服务。中航工业计算所 航空工业中的大数据GE通过在其产品中增加更多的传感器来获取海量数据，帮助公司提高其飞机引擎、电力等设备的能源效率；GE打造“工业互联网”=传感器+大数据。电能消耗的可
2、视化发送电能消耗数据的GE动力涡轮机中航工业计算所 航空生产中的大数据 针对维护、停机管理、燃料消耗等情况的数据分析，提高资产运营效率和生产效率。中航工业计算所 航空装备维护中的大数据 通过对维修信息和状态监测信息的高效分析与处理，提供装备的故障定位、诊断及预测，实现自主保障维修。中航工业计算所 民用航空领域中的大数据 航空公司大数据商业化的核心在于旅客的细分，针对不同的旅客群体,制定不同的营销和服务的策略，实现收入提升和成本控制的目标。吸烟室的旅客数量儿童游乐区的儿童数量乘坐摆渡电瓶车的旅客数量航班之间的停机位航程忍耐度航班延误保险单。乘务员服务的难度就会增加中航工业计算所实时变化规模巨大形
3、态多样 航空装备中的大数据 航空装备涉及大量传感器、指挥与控制系统数据，随态势实时变化，形成实时数据库；信息化作战的大数据直接影响航空装备作战效能的发挥。中航工业计算所中航工业计算所11 新科学家：MH370的发动机制造商罗尔斯罗伊斯公司表示，他们位于英国德比的全球发动机健康监测中心曾收到失联的波音777飞机上的遄达（Trent）800发动机发送的两份数据报告。一份报告是MH370航班在吉隆坡国际机场起飞时发出的，另一份是在飞机爬升过程中发出的。中航工业计算所 罗尔斯.罗伊斯全球发动机健康监测中心为了监控上千台Trent发动机工作状态，建设了Engine Health Management系统
4、(EHM)，这套系统可以让工程师知道发动机工作状况以便合理安排发动机使用和维修时间，同时为设计更合理的发动机储存参数。罗尔斯罗伊斯全球发动机健康监测中心飞机引擎实时监控“大数据引擎”中航工业计算所实时状态监测技术综合诊断与专家系统技术维修决策支持技术中航工业计算所通过航空发动机健康管理专用传感器、EEC以及维修中心收集大量信息；从海量数据中挖掘可用信息；建立航空发动机状态监测与维修服务支持系统。中航工业计算所航空发动机状态监测与维修服务支持系统操作系统、网络环境、硬件设备维修决策输出层业务逻辑层数据层基础层故障数据状态参数（转速、温度、压力等）维修数据中航工业计算所数据预处理消除冲突数据、滤除
5、噪声、平滑处理等。数据探索确定数据关系、关键参数、影响因素等。模型构建确定故障模式，建立模型。诊断结论确定系统健康状态。中航工业计算所中航工业计算所状态监控其他自适应预测模型预测数据知识发现结论历史数据指标性参数，关联关系去噪、冲突诊断模型数据使用数据处理贝叶斯模型中航工业计算所科学问题：数据的表达如何充分体现数据的内在规律主要挑战：发动机健康管理监测数据的复杂性p 数据的分布问题数据复杂关联，样本分布不代表数据分布；p 数据的结构问题数据的结构聚集导致时空不均匀问题；p 数据的尺度问题数据多尺度并存带来表达尺度选择问题。1）高维度尺度下，发动机状态规律的特征刻画与统一描述方法中航工业计算所科
6、学问题：航空发动机全量全模态大数据计算理论与方法主要挑战：传统方法利用多项式时间近似或优化算法不再适用研究思路（简约计算 N-K）：通过核数据、采样等手段实现模型的精简和算法的快速收敛，达到简约计算。NK全量全模数据核数据发现全量全模态(N)数据中的核数据进行有效近似通过采样实现多重小样本对于全量数据的有效近似X1,Xn X1*(1),Xn*(1)X1*(2),Xn*(2)X1*(m),Xn*(m)*(1)n*(2)n*()mn*(1)*()(.)mnn 2）多时空尺度下，发动机全量全模数据的特征分析方法中航工业计算所发动机监测数据图谱及空间图谱分析 通过建立多模态的高维数据张量模型，实现发动
7、机监测状态数据的完整表示。针对发动机的状态运行周期和迁移规律对全量全模数据进行张量分解，提取能够有效近似的核数据，并通过信息熵等方法实现发动机运行状态的区分度计算与聚类分析。中航工业计算所性能数据滑油消耗量数据航线偏差数据飞行小时循环拆发期限预计的备发情况更换的发动机计划拆发日零件报废率修理成本数据年度预算数据零件报价清单使用过程数据状态监控数据 维修计划数据 成本预算数据 数据集合中航工业计算所承修厂数据仓库数据分析系统知识。知识研发成本服务知识被自动地推送中航工业计算所中航工业计算所性能参数压缩机效率(CE)压缩机流量(CF)涡轮效率(TE)涡轮流量(TF)管道压力下降(DPD)燃烧室压力
8、下降(BPD)观测参数燃油流量(FF)气流流量(AF)压缩机排气压力(CDP)压缩机排气温度(CDT)排气温度(EGT)中航工业计算所 XYE+Y参数数值比例CE0.98CF0.98中航工业计算所CECFBPDTFTEFFDPDAFCDPCDTEGTl拖尾问题l计算关系复杂中航工业计算所双峰分布中航工业计算所压缩机效率和涡轮效率线性相关！参数压缩机效率(CE)和涡轮效率(TE)中航工业计算所100.10.20.30.40.50.60.7概率辅助变量 的概率表示中航工业计算所00.10.20.30.40.50.60.7概率10.8TECETECE与 的分布中航工业计算所CFBPDTEFFAFCD
9、P CDT EGTCFBPDTEFFAFCDP CDT EGTCECFDPDFFAFCDP CDT EGTCECFDPDBPDFFAFCDP CDT EGTCECFTEBPDFFAFCDP CDT EGTCECFDPDTEFFAFCDP CDT EGTCECFBPDFFAFCDP CDT EGTCECFBPDDPDTEFFAFCDP CDT EGTCECFFFAFCDP CDT EGT70%DPD:7.0%BPD:8.3%60%TE:13%CE:31.5%CF:29.5%TF:10.7%中航工业计算所CF的分布对比CE的分布对比HBFD模型与全模型之间的比较中航工业计算所中航工业计算所新思维中航工业计算所新方法中航工业计算所 大数据并不是对传统数据分析方法的代替，而只是一种补充，对非结构化数据的分析还要依赖于传统的方法；小数据为主，大数据为辅；业务驱动数据应用；正确理解和使用大数据：数据的真实性，分析方法的正确性，分析结果的适用性。中航工业计算所 大数据，大影响！用数据驱动航空产业变革和经营创新！中航工业计算所
